Posibles circuitos para encender un transistor bipolar. Características de entrada y salida de un circuito emisor común. Cómo funcionan los transistores

El diagrama de circuito para conectar un transistor bipolar con un emisor común se muestra en la figura. 6.13:

En un transistor conectado en un circuito con un emisor común, hay amplificación no solo de voltaje, sino también de corriente. Los parámetros de entrada para un circuito emisor común serán la corriente base. I B, y el voltaje en la base en relación con el emisor Ud. BE, y las características de salida serán la corriente del colector. I A y voltaje del colector Ud. CE. Para cualquier voltaje:

Ud. CE = Ud. KB + Ud. SER

Una característica distintiva del modo de funcionamiento con OE es la misma polaridad del voltaje de polarización en la entrada (base) y la salida (colector): potencial negativo en el caso pnp-transistor y positivo en caso npn-transistor. En este caso, la unión base-emisor está polarizada en la dirección directa y la unión base-colector está polarizada en la dirección opuesta.

Anteriormente, al analizar un transistor bipolar en un circuito de base común, la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor se obtenía de la siguiente forma:
. En un circuito con un emisor común para pnp-transistor (de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff) (6.1):
, de aquí obtenemos:

Coeficiente α/(1-α) llamado ganancia de corriente de un transistor bipolar en un circuito de emisor común . Denotemos este coeficiente con el signo β , Entonces:

.

Coeficiente de transferencia de corriente para un transistor conectado en un circuito con un emisor común β muestra cuántas veces cambia la corriente del colector I K cuando la corriente base cambia I B. Dado que el valor del coeficiente de transmisión. α está cerca de la unidad ( α <1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β será significativamente mayor que la unidad ( β >>1). En valores de coeficiente de transmisión. α =0,98÷0,99 la ganancia de corriente base estará en el rango β =50÷100.

6.2.1 Características estáticas de corriente-voltaje de un transistor conectado en un circuito con un emisor común

Consideremos la característica corriente-voltaje. pnp-transistor en modo OE (Fig. 6.13, 6.14).

En Ud. CE =0
. Mayor voltaje Ud. SER la concentración en la transición EB aumenta (Fig. 6.15a), el gradiente de concentración de los orificios inyectados aumenta, la corriente de difusión de los orificios, como en polarización directa pn-unión, crece exponencialmente (t. A) y difiere de la corriente del emisor solo en la escala (6.36) .

Con tensiones inversas en el colector y tensión fija en el ED | Ud. SER| (Fig. 6.15, b) la concentración de agujeros en la base cerca del emisor también será constante. Aumento de voltaje Ud. CE estará acompañado de una expansión del SCR de la unión del colector y una disminución en el ancho de la base (Efecto Temprano) y, en consecuencia, una disminución en el número total de orificios ubicados en la base.

En este caso, el gradiente de concentración de los agujeros en la base aumentará, lo que conducirá a una disminución adicional de su concentración. Por tanto, el número de recombinaciones de electrones y huecos en la base por unidad de tiempo disminuye (el coeficiente de transferencia aumenta ). Dado que los electrones para la recombinación pasan a través del terminal de la base, la corriente de la base disminuye y las características de corriente-voltaje de entrada cambian hacia abajo.

En Ud. SER=0 y voltaje negativo en el colector ( Ud. kb << 0) la corriente a través de la unión del emisor es cero, en la base del transistor la concentración de huecos es menor que el valor de equilibrio, ya que para el CP esta concentración es cero, y para el EP su valor está determinado por el valor de equilibrio. La corriente de los orificios extraída del colector fluye a través de la unión del colector. I CE 0 .

En la base de datos, como en pn-transición bajo polarización inversa, el proceso de generación térmica prevalecerá sobre el proceso de recombinación. Los electrones generados salen de la base a través del terminal de la base, lo que significa que hay una corriente eléctrica dirigida hacia la base del transistor (punto B). este es el modo tejanos cortados, se caracteriza por un cambio en la dirección de la corriente base.

VAC de fin de semana.

EN activo modo (| Ud. CE |> |Ud. SER |>0 ) flujo de agujeros inyectados por el emisor  pag extraído por la unión del colector de la misma manera que en el modo OB, con un coeficiente
. parte de los agujeros (1-α) pag se recombina en la base con electrones provenientes del contacto óhmico de la base.

A medida que aumenta la corriente de la base, la carga negativa de los electrones reduce la barrera de potencial de la unión del emisor, provocando una inyección adicional de agujeros en la base.

Analicemos por qué pequeños cambios en la corriente base. I B causa cambios significativos en la corriente del colector. I K. Valor del coeficiente β , significativamente mayor que la unidad, significa que el coeficiente de transmisión α cerca de la unidad. En este caso, la corriente del colector está cerca de la corriente del emisor y la corriente de base (por su naturaleza física, recombinación) es significativamente menor que la corriente del colector y del emisor. Cuando el valor del coeficiente α = 0,99 de 100 orificios inyectados a través de la unión del emisor, 99 se extraen a través de la unión del colector y solo uno se recombinará con los electrones de la base y contribuirá a la corriente de la base.

Duplicar la corriente de base (se deben recombinar dos orificios) provocará el doble de inyección a través de la unión del emisor (se deben inyectar 200 orificios) y, en consecuencia, extracción a través de la unión del colector (se extraen 198 orificios). Así, un pequeño cambio en la corriente de base, por ejemplo de 5 a 10 µA, provoca grandes cambios en la corriente del colector, respectivamente de 500 µA a 1000 µA. La corriente de base provoca un aumento de cien veces en la corriente del colector.

Por analogía con (6.34) podemos escribir:

Considerando (6.1):
, obtenemos:

considerando que

, A

¿Dónde está la corriente térmica pasante de un solo colector? pn-transición en el modo base separada (con
, t.c, modo tejanos cortados). Debido a la polarización directa de la unión base (Fig. 6.16), la corriente
mucho más que la corriente térmica del colector I A 0 .

Arroz. 6.16 Ud. SER= constante, Ud. CE– variable

en modo saturación la base debe enriquecerse con portadores no principales. El criterio para este régimen es la concentración de equilibrio del portador en el CP ( Ud. KB =0 ). En virtud de la ecuación Ud. CE = Ud. KB + Ud. SER, El voltaje en la unión del colector igual a cero puede ocurrir con pequeños voltajes negativos entre la base y el emisor. En Ud. CE 0 y Ud. SER <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (Ud. CE < Ud. SER) Ud. KB cambia de signo, la resistencia de la unión del colector disminuye drásticamente y el colector comienza a inyectar agujeros en la base. El flujo de orificios del colector compensa el flujo de orificios del emisor. La corriente del colector cambia de signo (esta área generalmente no se muestra en las características de salida I-V).

A altos voltajes en el colector, es posible que se rompa la unión del colector debido a la multiplicación por avalancha de portadoras en el SCR (punto D). La tensión de ruptura depende del grado de dopaje de las zonas del transistor. En transistores con una base muy delgada, es posible expandir el SCR a toda la región de la base (se produce una perforación de la base).

Al comparar las características de corriente-voltaje de salida de un transistor conectado en un circuito con OE y OB (figura 6.17), se pueden notar dos características más significativas: en primer lugar, las características en el circuito con OE tienen una pendiente mayor, lo que indica una disminución en la resistencia de salida del transistor y, en segundo lugar, la transición al modo de saturación se observa con voltajes negativos en el colector.

Crecimiento actual del colector con aumento. Ud. CE determinado por una disminución en el ancho de la base. Coeficientes de arrastre æ y transmisión de corriente del emisor α aumentar, pero el coeficiente de transferencia de corriente base en el circuito con OE
crece más rápido α . Por lo tanto, a una corriente de base constante, la corriente del colector aumenta más que en un circuito con OB.

Arroz. 6.23 Características de salida pnp-transistor a – en el circuito con OB, b – en el circuito con OE

6.3 Encendido de un transistor según un circuito con colector común

Si los circuitos de entrada y salida tienen un electrodo común, el colector (OC), y la corriente de salida es la corriente del emisor, y la corriente de entrada es la corriente base, entonces para el coeficiente de transferencia de corriente se cumple lo siguiente:

En tal conexión, el coeficiente de transferencia de corriente es ligeramente mayor que en una conexión OE, y la ganancia de voltaje es ligeramente menor que la unidad, ya que la diferencia de potencial entre la base y el emisor es prácticamente independiente de la corriente de la base. El potencial del emisor prácticamente repite el potencial de base, por lo que una cascada construida sobre la base de un transistor con OK se llama seguidor de emisor. Sin embargo, este tipo de inclusión se utiliza relativamente raramente.

Comparando los resultados obtenidos, podemos hacer conclusiones :

El circuito OE tiene una alta ganancia tanto en voltaje como en corriente. Tiene la mayor ganancia de potencia. Tenga en cuenta que el circuito cambia la fase del voltaje de salida en 180.

Este es el circuito amplificador más común.

El circuito con OB amplifica el voltaje (aproximadamente lo mismo que el circuito con OE), pero no amplifica la corriente. La fase del voltaje de salida en relación con la entrada no cambia. El circuito se utiliza en amplificadores de alta y ultra alta frecuencia.

El circuito con OK (seguidor de emisor) no amplifica el voltaje, pero sí amplifica la corriente. La aplicación principal de este circuito es hacer coincidir la resistencia de la fuente de señal y una carga de baja impedancia.

El diagrama de conexión de un transistor bipolar con un emisor común se muestra en la Figura 5.15:

Las características del transistor en este modo diferirán de las características en el modo base común. En un transistor conectado en un circuito con un emisor común, hay amplificación no solo de voltaje, sino también de corriente. Los parámetros de entrada para un circuito con un emisor común serán la corriente de base I b y el voltaje del colector U k, y las características de salida serán la corriente del colector I k y el voltaje del emisor U e.

Anteriormente, al analizar un transistor bipolar en un circuito de base común, la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor se obtenía de la siguiente forma:

En un circuito emisor común (según la primera ley de Kirchhoff). (5.30)

Después de reorganizar los factores obtenemos:

Arroz. 5.15. Circuito de conexión para un transistor con emisor común.

El coeficiente α/(1-α) antes del factor Ib muestra cómo cambia la corriente del colector Ik con un cambio unitario en la corriente de base Ib. Se llama ganancia actual de un transistor bipolar en un circuito emisor común. Denotemos este coeficiente por β.< 1), то из уравнения (5.31) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β >> 1). Con valores del coeficiente de transmisión α = 0,98÷0,99, la ganancia estará en el rango β = 50÷100.

Teniendo en cuenta (5.31), así como I k0 * = I k0 /(1-α), la expresión (5.30) se puede reescribir como:

(5.32)

donde I k0 * = (1+β)I k0 es la corriente térmica de una única unión p-n, que es mucho mayor que la corriente térmica del colector I k0, y el valor de rk se define como r k * = r k /( 1+β).

Derivando la ecuación (5.32) con respecto a la corriente de base I b, obtenemos β = ΔI k /ΔI b. De ello se deduce que la ganancia β muestra cuántas veces cambia la corriente del colector I k cuando cambia la corriente de base I b.

Para caracterizar el valor de β en función de los parámetros del transistor bipolar, recuerde que el coeficiente de transferencia de corriente del emisor se define como α = γ·κ, donde . Por eso, . Para el valor β se obtuvo el siguiente valor: β = α/(1-α). Porque W/L<< 1, а γ ≈ 1, получаем:

(5.33)

La figura 5.16a muestra las características corriente-voltaje de un transistor bipolar conectado en un circuito con un emisor común con la corriente de base como parámetro de las curvas. Comparando estas características con características similares de un transistor bipolar en un circuito con una base común, se puede ver que son cualitativamente similares.

Analicemos por qué pequeños cambios en la corriente de base I b provocan cambios significativos en la corriente del colector I c. El valor del coeficiente β, significativamente mayor que la unidad, significa que el coeficiente de transferencia α está cerca de la unidad. En este caso, la corriente del colector está cerca de la corriente del emisor y la corriente de base (por su naturaleza física, recombinación) es significativamente menor que la corriente del colector y del emisor. Cuando el coeficiente α = 0,99, de 100 huecos inyectados a través de la unión del emisor, 99 se extraen a través de la unión del colector, y solo uno se recombinará con los electrones de la base y contribuirá a la corriente de la base.

Arroz. 5.16. Características corriente-voltaje del transistor bipolar KT215V, conectado según un circuito con un emisor común: a) características de entrada; b) características de salida

Duplicar la corriente de base (se deben recombinar dos orificios) provocará el doble de inyección a través de la unión del emisor (se deben inyectar 200 orificios) y, en consecuencia, extracción a través de la unión del colector (se extraen 198 orificios). Así, un pequeño cambio en la corriente de base, por ejemplo de 5 a 10 µA, provoca grandes cambios en la corriente del colector, respectivamente de 500 µA a 1000 µA.

Son transistores bipolares. Los circuitos de conmutación dependen del tipo de conductividad que tengan (orificio o electrónica) y de las funciones que realizan.

Clasificación

Los transistores se dividen en grupos:

1. Por materiales: los más utilizados son el arseniuro de galio y el silicio.
2. Por frecuencia de señal: baja (hasta 3 MHz), media (hasta 30 MHz), alta (hasta 300 MHz), ultraalta (por encima de 300 MHz).
3. Por potencia máxima de disipación: hasta 0,3 W, hasta 3 W, más de 3 W.
4. Por tipo de dispositivo: tres capas conectadas de semiconductor con cambios alternos en los métodos directo e inverso de conducción de impurezas.

¿Cómo funcionan los transistores?

Las capas exterior e interior del transistor están conectadas a electrodos de alimentación, llamados emisor, colector y base, respectivamente.

El emisor y el colector no se diferencian entre sí en los tipos de conductividad, pero el grado de dopaje con impurezas en este último es mucho menor. Esto garantiza un aumento de la tensión de salida permitida.

La base, que es la capa intermedia, tiene una alta resistencia porque está hecha de un semiconductor ligeramente dopado. Tiene un área de contacto significativa con el colector, lo que mejora la eliminación del calor generado debido a la polarización inversa de la unión y también facilita el paso de los portadores minoritarios: los electrones. Aunque las capas de transición se basan en el mismo principio, el transistor es un dispositivo asimétrico. Al cambiar la ubicación de las capas exteriores con la misma conductividad, es imposible obtener parámetros similares de un dispositivo semiconductor.

Los circuitos de conmutación son capaces de mantenerlo en dos estados: puede estar abierto o cerrado. En modo activo, cuando el transistor está encendido, la polarización del emisor de la unión se realiza en dirección directa. Para considerar esto visualmente, por ejemplo, en un triodo semiconductor n-p-n, se le debe aplicar voltaje desde fuentes, como se muestra en la siguiente figura.

El límite en la unión del segundo colector está cerrado y no debe fluir corriente a través de él. Pero en la práctica ocurre lo contrario debido a la proximidad de las transiciones entre sí y su influencia mutua. Dado que el "menos" de la batería está conectado al emisor, la unión abierta permite que los electrones ingresen a la zona base, donde se recombinan parcialmente con los huecos, los portadores mayoritarios. Se forma una corriente de base I b. Cuanto más fuerte sea, proporcionalmente mayor será la corriente de salida. Los amplificadores que utilizan transistores bipolares funcionan según este principio.

A través de la base sólo se produce movimiento de difusión de electrones, ya que allí no hay acción del campo eléctrico. Debido al pequeño espesor de la capa (micras) y al gran tamaño de las partículas cargadas negativamente, casi todas caen en la zona del colector, aunque la resistencia de la base es bastante alta. Allí son atraídos por el campo eléctrico de la transición, lo que favorece su transferencia activa. Las corrientes del colector y del emisor son casi iguales entre sí, si despreciamos la ligera pérdida de cargas provocada por la recombinación en la base: I e = I b + I c.

Parámetros de transistores

1. Coeficientes de ganancia para tensión U eq /U be y corriente: β = I a /I b (valores reales). Normalmente, el coeficiente β no supera los 300, pero puede llegar a 800 o más.
2. Impedancia de entrada.
3. La respuesta de frecuencia es el rendimiento de un transistor hasta una frecuencia determinada, por encima de la cual los procesos transitorios en él no se mantienen al día con los cambios en la señal suministrada.

Transistor bipolar: circuitos de conmutación, modos de funcionamiento.

Los modos de funcionamiento difieren según cómo esté ensamblado el circuito. La señal debe aplicarse y retirarse en dos puntos para cada caso, estando disponibles sólo tres terminales. De ello se deduce que un electrodo debe pertenecer simultáneamente a la entrada y a la salida. Así es como se encienden los transistores bipolares. Esquemas de conmutación: OB, OE y OK.

1. Esquema con OK

Circuito de conexión con colector común: la señal se suministra a una resistencia R L, que también está incluida en el circuito colector. Esta conexión se llama circuito colector común.

Esta opción produce sólo ganancia actual. La ventaja de un seguidor de emisor es la creación de una alta resistencia de entrada (10-500 kOhm), que permite una cómoda combinación de etapas.

2. Esquema con OB

Circuito de conexión para un transistor bipolar con base común: la señal entrante ingresa por C 1, y luego de la amplificación se retira en el circuito colector de salida, donde el electrodo de base es común. En este caso, se crea una ganancia de voltaje similar a cuando se trabaja con OE.

La desventaja es la baja resistencia de entrada (30-100 ohmios) y el circuito con OB se utiliza como oscilador.

3. Esquema con OE

En muchos casos, cuando se utilizan transistores bipolares, los circuitos de conmutación se fabrican predominantemente con un emisor común. El voltaje de suministro se suministra a través de la resistencia de carga R L y el polo negativo de la fuente de alimentación externa está conectado al emisor.

La señal alterna de la entrada llega al emisor y a los electrodos base (V in), y en el circuito colector adquiere un valor mayor (V CE). Los elementos principales del circuito: un transistor, una resistencia R L y un circuito de salida del amplificador con alimentación externa. Auxiliar: condensador C 1, que impide el paso de corriente continua al circuito de la señal de entrada suministrada, y resistencia R 1, a través de la cual se abre el transistor.

En el circuito colector, los voltajes en la salida del transistor y en la resistencia R L son juntos iguales al valor de la FEM: V CC = I C R L + V CE.

Por lo tanto, una pequeña señal V en la entrada establece la ley de cambiar el voltaje de suministro directo a voltaje alterno en la salida del convertidor de transistor controlado. El circuito proporciona un aumento en la corriente de entrada de 20 a 100 veces y el voltaje de 10 a 200 veces. En consecuencia, la potencia también aumenta.

Desventaja del circuito: baja resistencia de entrada (500-1000 ohmios). Por esta razón surgen problemas en la formación de la impedancia de salida de 2-20 kOhm.

Los siguientes diagramas demuestran cómo funciona un transistor bipolar. Si no se toman medidas adicionales, su rendimiento se verá muy afectado por influencias externas, como el sobrecalentamiento y la frecuencia de la señal. Además, conectar a tierra el emisor crea una distorsión no lineal en la salida. Para aumentar la confiabilidad del funcionamiento, se conectan retroalimentación, filtros, etc. al circuito. En este caso, la ganancia disminuye, pero el dispositivo se vuelve más eficiente.

Modos de funcionamiento

Las funciones del transistor se ven afectadas por el valor del voltaje conectado. Todos los modos de funcionamiento se pueden mostrar si se utiliza el circuito presentado anteriormente para conectar un transistor bipolar con un emisor común.

1. Modo de corte

Este modo se crea cuando el valor de voltaje V BE disminuye a 0,7 V. En este caso, la unión del emisor se cierra y no hay corriente del colector, ya que no hay electrones libres en la base. Por tanto, el transistor se apaga.

2. Modo activo

Si se aplica a la base un voltaje suficiente para encender el transistor, aparece una pequeña corriente de entrada y una corriente de salida aumentada, dependiendo de la magnitud de la ganancia. Entonces el transistor funcionará como amplificador.

3. Modo de saturación

El modo se diferencia del activo en que el transistor se abre completamente y la corriente del colector alcanza el valor máximo posible. Su aumento solo se puede lograr cambiando la EMF aplicada o la carga en el circuito de salida. Cuando la corriente base cambia, la corriente del colector no cambia. El modo de saturación se caracteriza por el hecho de que el transistor está extremadamente abierto y aquí sirve como interruptor en el estado encendido. Los circuitos para encender transistores bipolares cuando se combinan los modos de corte y saturación permiten crear interruptores electrónicos con su ayuda.

Todos los modos de funcionamiento dependen de la naturaleza de las características de salida que se muestran en el gráfico.

Se pueden demostrar claramente si se ensambla un circuito para encender un transistor bipolar con un OE.

Si traza en los ejes de ordenadas y abscisas los segmentos correspondientes a la corriente máxima posible del colector y el valor de la tensión de alimentación V CC, y luego conecta sus extremos entre sí, obtendrá una línea de carga (roja). Se describe mediante la expresión: I C = (V CC - V CE)/R C. De la figura se deduce que el punto de operación, que determina la corriente del colector IC y el voltaje V CE, se desplazará a lo largo de la línea de carga de abajo hacia arriba a medida que aumenta la corriente base I V.

El área entre el eje V CE y la primera característica de salida (sombreada), donde I B = 0, caracteriza el modo de corte. En este caso, la corriente inversa I C es insignificante y el transistor está cerrado.

La característica superior en el punto A se cruza con la carga directa, después de lo cual, con un aumento adicional de I B, la corriente del colector ya no cambia. La zona de saturación en el gráfico es el área sombreada entre el eje I C y la característica más pronunciada.

¿Cómo se comporta un transistor en diferentes modos?

El transistor funciona con señales variables o constantes que ingresan al circuito de entrada.

Transistor bipolar: circuitos de conmutación, amplificador.

En su mayor parte, el transistor sirve como amplificador. Una señal alterna en la entrada hace que cambie la corriente de salida. Aquí puede utilizar esquemas con OK o con OE. La señal requiere una carga en el circuito de salida. Normalmente se utiliza una resistencia en el circuito colector de salida. Si se elige correctamente, el voltaje de salida será significativamente mayor que el de entrada.

El funcionamiento del amplificador es claramente visible en los diagramas de tiempos.

Cuando se convierten las señales de pulso, el modo sigue siendo el mismo que para las sinusoidales. La calidad de conversión de sus componentes armónicos está determinada por las características de frecuencia de los transistores.

Funcionamiento en modo de conmutación

Diseñado para la conmutación sin contacto de conexiones en circuitos eléctricos. El principio es cambiar la resistencia del transistor en pasos. El tipo bipolar es muy adecuado para los requisitos del dispositivo clave.

Conclusión

Los elementos semiconductores se utilizan en circuitos de conversión de señales eléctricas. Las capacidades universales y la gran clasificación permiten que los transistores bipolares se utilicen ampliamente. Los circuitos de conmutación determinan sus funciones y modos de funcionamiento. Mucho depende también de las características.

Los circuitos de conmutación básicos de los transistores bipolares amplifican, generan y convierten señales de entrada y también conmutan circuitos eléctricos.

Entonces, la tercera y última parte de la historia sobre los transistores bipolares en nuestro sitio web =) Hoy hablaremos sobre el uso de estos maravillosos dispositivos como amplificadores, lo consideramos posible. circuitos de conmutación de transistores bipolares y sus principales ventajas y desventajas. ¡Empecemos!

Este circuito es muy bueno cuando se utilizan señales de alta frecuencia. En principio, esta es la razón por la que el transistor se enciende en primer lugar. Grandes desventajas son la baja resistencia de entrada y, por supuesto, la falta de amplificación de corriente. Compruébalo tú mismo, en la entrada tenemos la corriente del emisor, en la salida.

Es decir, la corriente del emisor es mayor que la corriente del colector en una pequeña cantidad de la corriente de base. Esto significa que no sólo no hay ganancia de corriente, sino que además la corriente de salida es ligeramente menor que la corriente de entrada. Aunque por otro lado este circuito tiene un coeficiente de transferencia de voltaje bastante grande) Estas son las ventajas y desventajas, sigamos…

Diagrama de conexión de un transistor bipolar con colector común.

Así es como se ve el diagrama de cableado de un transistor bipolar con un colector común. ¿Te recuerda a algo?) Si miramos el circuito desde un ángulo ligeramente diferente, reconocemos aquí a nuestro viejo amigo: el seguidor del emisor. Hubo casi un artículo completo al respecto (), por lo que ya hemos cubierto todo lo relacionado con este esquema. Mientras tanto, estamos esperando el circuito más utilizado, con un emisor común.

Circuito de conexión para un transistor bipolar con emisor común.

Este circuito ha ganado popularidad por sus propiedades amplificadoras. De todos los circuitos, proporciona la mayor ganancia de corriente y voltaje, por lo que el aumento en la potencia de la señal también es grande; La desventaja del circuito es que las propiedades de amplificación se ven fuertemente influenciadas por el aumento de la temperatura y la frecuencia de la señal.

Nos familiarizamos con todos los circuitos, ahora echemos un vistazo más de cerca al último (pero no menos importante) circuito amplificador basado en un transistor bipolar (con un emisor común). Primero, representémoslo un poco diferente:

Aquí hay un inconveniente: el emisor conectado a tierra. Cuando el transistor se enciende de esta manera, se producen distorsiones no lineales en la salida, que, por supuesto, deben combatirse. La no linealidad se produce debido a la influencia del voltaje de entrada en el voltaje de la unión emisor-base. De hecho, no hay nada "extra" en el circuito del emisor; todo el voltaje de entrada se aplica precisamente a la unión base-emisor. Para hacer frente a este fenómeno, agregamos una resistencia al circuito emisor. Entonces obtenemos retroalimentación negativa.

¿Qué es esto?

Para decirlo brevemente, entonces principio inverso negativo th comunicaciones radica en el hecho de que una parte del voltaje de salida se transfiere a la entrada y se resta de la señal de entrada. Naturalmente, esto conduce a una disminución en la ganancia, ya que la entrada del transistor, debido a la influencia de la retroalimentación, recibirá un valor de voltaje menor que en ausencia de retroalimentación.

Sin embargo, los comentarios negativos son muy útiles para nosotros. Veamos cómo ayudará a reducir la influencia del voltaje de entrada sobre el voltaje entre la base y el emisor.

Entonces, incluso si no hay retroalimentación, un aumento en la señal de entrada de 0,5 V produce el mismo aumento. Todo está claro aquí 😉 ¡Y ahora agreguemos comentarios! Y de la misma forma aumentamos el voltaje de entrada en 0,5 V. Después de esto, aumenta, lo que conduce a un aumento en la corriente del emisor. Y un aumento conduce a un aumento en el voltaje a través de la resistencia de retroalimentación. Al parecer, ¿qué hay de malo en esto? ¡Pero este voltaje se resta de la entrada! Mira lo que pasó:

El voltaje de entrada ha aumentado - la corriente del emisor ha aumentado - el voltaje a través de la resistencia de retroalimentación negativa ha aumentado - el voltaje de entrada ha disminuido (debido a la resta) - el voltaje ha disminuido.

Es decir, la retroalimentación negativa evita que el voltaje base-emisor cambie cuando cambia la señal de entrada.

Como resultado, nuestro circuito amplificador con un emisor común se complementó con una resistencia en el circuito del emisor:

Hay otro problema con nuestro amplificador. Si aparece un valor de voltaje negativo en la entrada, el transistor se cerrará inmediatamente (el voltaje de base será menor que el voltaje del emisor y el diodo emisor de base se cerrará) y no sucederá nada en la salida. Esto de alguna manera no es muy bueno) Por lo tanto, es necesario crear inclinación. Esto se puede hacer usando un divisor de la siguiente manera:

Obtuvimos tanta belleza 😉 Si las resistencias son iguales, entonces el voltaje en cada una de ellas será igual a 6V (12V / 2). Por tanto, en ausencia de señal en la entrada, el potencial base será +6V. Si llega un valor negativo a la entrada, por ejemplo -4V, entonces el potencial base será igual a +2V, es decir, el valor es positivo y no interfiere con el funcionamiento normal del transistor. Así de útil es crear un desplazamiento en el circuito base)

¿De qué otra manera podríamos mejorar nuestro esquema...?

Sepamos qué señal amplificaremos, es decir, conocemos sus parámetros, en particular la frecuencia. Sería fantástico si no hubiera nada en la entrada excepto la útil señal amplificada. ¿Cómo asegurar esto? Por supuesto, usando un filtro de paso alto) Agreguemos un condensador que, en combinación con una resistencia de polarización, forma un filtro de paso alto:

Así es como el circuito, en el que no había casi nada excepto el propio transistor, se llenó de elementos adicionales 😉 Quizás nos detendremos allí, pronto habrá un artículo dedicado al cálculo práctico de un amplificador basado en un transistor bipolar; En él no sólo compilaremos diagrama del circuito del amplificador, pero también calcularemos las clasificaciones de todos los elementos y, al mismo tiempo, seleccionaremos un transistor adecuado para nuestros propósitos. ¡Nos vemos pronto! =)

¡Saludos, queridos amigos! Hoy hablaremos de transistores bipolares y la información será útil principalmente para principiantes. Entonces, si estás interesado en qué es un transistor, su principio de funcionamiento y en general para qué sirve, entonces coge una silla más cómoda y acércate.

Sigamos, y tenemos contenido aquí, será más conveniente navegar por el artículo :)

Tipos de transistores

Los transistores son principalmente de dos tipos: transistores bipolares y transistores de efecto de campo. Por supuesto, era posible considerar todos los tipos de transistores en un artículo, pero no quiero cocinar gachas en tu cabeza. Por lo tanto, en este artículo consideraremos exclusivamente los transistores bipolares y hablaré sobre los transistores de efecto de campo en uno de los siguientes artículos. No agrupemos todo, sino prestemos atención a cada uno individualmente.

transistores bipolares

El transistor bipolar es descendiente de los triodos de válvulas, esos que había en los televisores del siglo XX. Los triodos cayeron en el olvido y dieron paso a hermanos más funcionales: los transistores, o más bien, los transistores bipolares.

Con raras excepciones, los triodos se utilizan en equipos para amantes de la música.

Los transistores bipolares pueden verse así.

Como puede ver, los transistores bipolares tienen tres terminales y estructuralmente pueden verse completamente diferentes. Pero en los diagramas eléctricos parecen simples y siempre iguales. Y todo este esplendor gráfico se parece a esto.

Esta imagen de transistores también se llama UGO (símbolo gráfico convencional).

Además, los transistores bipolares pueden tener diferentes tipos de conductividad. Hay transistores de tipo NPN y tipo PNP.

La diferencia entre un transistor n-p-n y un transistor p-n-p es únicamente que es un "portador" de carga eléctrica (electrones o "huecos"). Aquellos. En un transistor pnp, los electrones se mueven del emisor al colector y son impulsados ​​por la base. Para un transistor n-p-n, los electrones van del colector al emisor y son controlados por la base. Como resultado, llegamos a la conclusión de que para reemplazar un transistor de un tipo de conductividad por otro en un circuito, basta con cambiar la polaridad del voltaje aplicado. O cambiar estúpidamente la polaridad de la fuente de energía.

Los transistores bipolares tienen tres terminales: colector, emisor y base. Creo que será difícil confundirse con el UGO, pero en un transistor real es más fácil que nunca confundirse.

Por lo general, el lugar donde se determina el resultado es el libro de referencia, pero es posible hacerlo de forma sencilla. Los terminales del transistor suenan como dos diodos conectados en un punto común (en la zona de la base del transistor).

A la izquierda hay una imagen de un transistor tipo p-n-p; al realizar la prueba, se tiene la sensación (a través de las lecturas del multímetro) de que frente a usted hay dos diodos que están conectados en un punto por sus cátodos. Para un transistor n-p-n, los diodos en el punto base están conectados por sus ánodos. Creo que después de experimentar con un multímetro quedará más claro.

El principio de funcionamiento de un transistor bipolar.

Ahora intentaremos descubrir cómo funciona un transistor. No entraré en detalles sobre la estructura interna de los transistores ya que esta información sólo resultará confusa. Mejor eche un vistazo a este dibujo.

Esta imagen explica mejor el principio de funcionamiento de un transistor. En esta imagen, una persona controla la corriente del colector mediante un reóstato. Observa la corriente de base; si la corriente de base aumenta, entonces la persona también aumenta la corriente del colector, teniendo en cuenta la ganancia del transistor h21E. Si la corriente de base cae, la corriente del colector también disminuirá; la persona la corregirá con un reóstato.

Esta analogía no tiene nada que ver con el funcionamiento real de un transistor, pero facilita la comprensión de los principios de su funcionamiento.

Para los transistores, se pueden anotar reglas para ayudar a que las cosas sean más fáciles de entender. (Estas reglas están tomadas del libro).

1. El colector tiene un potencial más positivo que el emisor.
2. Como ya dije, los circuitos base-colector y base-emisor funcionan como diodos.
3. Cada transistor se caracteriza por valores límite como la corriente del colector, la corriente de base y el voltaje del colector-emisor.
4. Si se siguen las reglas 1 a 3, entonces la corriente del colector Ik es directamente proporcional a la corriente de la base Ib. Esta relación se puede escribir como una fórmula.

A partir de esta fórmula podemos expresar la propiedad principal de un transistor: una pequeña corriente de base controla una gran corriente de colector.

Ganancia actual.

También se denota como

Con base en lo anterior, el transistor puede funcionar en cuatro modos:

1. Modo de corte de transistores— en este modo la unión base-emisor está cerrada, esto puede suceder cuando el voltaje base-emisor es insuficiente. Como resultado, no hay corriente de base y, por lo tanto, tampoco habrá corriente de colector.
2. Modo activo de transistores- este es el modo normal de funcionamiento del transistor. En este modo, el voltaje base-emisor es suficiente para provocar que se abra la unión base-emisor. La corriente base es suficiente y la corriente del colector también está disponible. La corriente del colector es igual a la corriente base multiplicada por la ganancia.
3. Modo de saturación de transistores - El transistor cambia a este modo cuando la corriente de base se vuelve tan grande que la potencia de la fuente de energía simplemente no es suficiente para aumentar aún más la corriente del colector. En este modo, la corriente del colector no puede aumentar después de un aumento en la corriente base.
4. Modo transistor inverso— este modo se utiliza muy raramente. En este modo, se intercambian el colector y el emisor del transistor. Como resultado de tales manipulaciones, la ganancia del transistor se ve muy afectada. El transistor no fue diseñado originalmente para funcionar en un modo tan especial.

Para comprender cómo funciona un transistor, es necesario observar ejemplos de circuitos específicos, así que veamos algunos de ellos.

Transistor en modo interruptor

Un transistor en modo conmutado es uno de los casos de circuitos de transistores con un emisor común. El circuito de transistores en modo de conmutación se utiliza con mucha frecuencia. Este circuito de transistor se utiliza, por ejemplo, cuando es necesario controlar una carga potente mediante un microcontrolador. La pata del controlador no es capaz de tirar de una carga potente, pero el transistor sí. Resulta que el controlador controla el transistor y el transistor controla una carga potente. Bueno, lo primero es lo primero.

La idea principal de este modo es que la corriente de base controla la corriente del colector. Además, la corriente del colector es mucho mayor que la corriente de base. Aquí se puede ver a simple vista que la señal actual está amplificada. Esta amplificación se lleva a cabo utilizando la energía de la fuente de energía.

La figura muestra un diagrama del funcionamiento de un transistor en modo de conmutación.

Para los circuitos de transistores, los voltajes no juegan un papel importante, solo importan las corrientes. Por lo tanto, si la relación entre la corriente del colector y la corriente de la base es menor que la ganancia del transistor, entonces todo está bien.

En este caso, incluso si tenemos un voltaje de 5 voltios aplicados a la base y 500 voltios en el circuito colector, entonces no sucederá nada malo, el transistor cambiará obedientemente la carga de alto voltaje.

Lo principal es que estos voltajes no exceden los valores límite para un transistor específico (establecidos en las características del transistor).

Hasta donde sabemos, el valor actual es una característica de la carga.

No conocemos la resistencia de la bombilla, pero sabemos que la corriente de funcionamiento de la bombilla es de 100 mA. Para que el transistor se abra y permita que fluya dicha corriente, debe seleccionar la corriente base adecuada. Podemos ajustar la corriente base cambiando el valor de la resistencia base.

Dado que el valor mínimo de la ganancia del transistor es 10, para que el transistor se abra, la corriente de base debe ser de 10 mA.

Se conoce la corriente que necesitamos. El voltaje a través de la resistencia base será Este valor de voltaje a través de la resistencia se debe al hecho de que caen 0,6 V-0,7 V en la unión base-emisor y no debemos olvidar tener esto en cuenta.

Como resultado, podemos encontrar fácilmente la resistencia de la resistencia.

Todo lo que queda es elegir un valor específico entre varias resistencias y listo.

¿Ahora probablemente piensas que el interruptor del transistor funcionará como debería? ¿Que cuando se conecta la resistencia de base a +5 V se enciende la bombilla, cuando se apaga se apaga la bombilla? La respuesta puede ser sí o no.

El caso es que aquí hay un pequeño matiz.

La luz se apagará cuando el potencial de la resistencia sea igual al potencial de tierra. Si la resistencia simplemente se desconecta de la fuente de voltaje, entonces no todo es tan simple. El voltaje en la resistencia base puede surgir milagrosamente como resultado de interferencias o de otros espíritus malignos de otro mundo :)

Para evitar que ocurra este efecto, haga lo siguiente. Otra resistencia Rbe está conectada entre la base y el emisor. Esta resistencia se elige con un valor al menos 10 veces mayor que la resistencia base Rb (en nuestro caso, tomamos una resistencia de 4,3 kOhm).

Cuando la base está conectada a cualquier voltaje, el transistor funciona como debería, la resistencia Rbe no interfiere con él. Esta resistencia consume sólo una pequeña porción de la corriente base.

En el caso de que no se aplique voltaje a la base, la base se acerca al potencial de tierra, lo que nos salva de todo tipo de interferencias.

Entonces, en principio, hemos descubierto el funcionamiento del transistor en el modo clave y, como puede ver, el modo de funcionamiento clave es una especie de amplificación de voltaje de la señal. Después de todo, controlamos un voltaje de 12 V usando un voltaje bajo de 5 V.

seguidor emisor

Un seguidor de emisor es un caso especial de circuitos de transistores de colector común.

Una característica distintiva de un circuito con un colector común de un circuito con un emisor común (opción con interruptor de transistor) es que este circuito no amplifica la señal de voltaje. Lo que entraba por la base salía por el emisor, con el mismo voltaje.

De hecho, digamos que aplicamos 10 voltios a la base, mientras sabemos que en la unión base-emisor se caen entre 0,6 y 0,7 V. Resulta que en la salida (en el emisor, en la carga Rн) habrá un voltaje base de menos 0,6V.

Resultó 9,4 V, en una palabra, casi tanto como entraba y salía. Nos aseguramos de que este circuito no aumente la señal en términos de voltaje.

“¿Cuál es el punto entonces de encender el transistor de esta manera?” Pero resulta que este esquema tiene otra propiedad muy importante. El circuito para conectar un transistor con un colector común amplifica la señal en términos de potencia. La potencia es el producto de la corriente y el voltaje, pero como el voltaje no cambia, La potencia aumenta solo debido a la corriente.! La corriente de carga es la suma de la corriente de base más la corriente del colector. Pero si compara la corriente base y la corriente del colector, la corriente base es muy pequeña en comparación con la corriente del colector. Resulta que la corriente de carga es igual a la corriente del colector. Y el resultado es esta fórmula.

Ahora creo que está claro cuál es la esencia del circuito seguidor de emisor, pero eso no es todo.

El seguidor de emisor tiene otra cualidad muy valiosa: la alta impedancia de entrada. Esto significa que este circuito de transistor casi no consume corriente de entrada y no crea carga en el circuito de fuente de señal.

Para comprender el principio de funcionamiento de un transistor, estos dos circuitos de transistores serán suficientes. Y si experimentas con un soldador en tus manos, la epifanía simplemente no tardará en llegar, porque la teoría es teoría, ¡y la práctica y la experiencia personal son cientos de veces más valiosas!

¿Dónde puedo comprar transistores?

Como todos los demás componentes de radio, los transistores se pueden comprar en cualquier tienda de repuestos para radio cercana. Si vives en algún lugar de las afueras y no has oído hablar de este tipo de tiendas (como yo antes), entonces queda la última opción: pedir transistores en una tienda en línea. Yo mismo suelo pedir componentes de radio a través de tiendas en línea, porque es posible que algo simplemente no esté disponible en una tienda fuera de línea normal.

Sin embargo, si está ensamblando un dispositivo exclusivamente para usted, entonces no puede preocuparse por eso, sino extraerlo del anterior y, por así decirlo, darle nueva vida al antiguo componente de radio.

Bueno amigos, eso es todo para mí. Te dije todo lo que planeé hoy. Si tiene alguna pregunta, hágala en los comentarios, si no tiene preguntas, escriba los comentarios de todos modos, su opinión siempre es importante para mí. Por cierto, no olvides que todo aquel que deje un comentario por primera vez recibirá un regalo.

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De n/a Vladimir Vasiliev

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